專利名稱：傳感器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在汽車內(nèi)或者汽車上使用的傳感器模塊。本發(fā)明尤其涉及一種具有傳感器電極的傳感器模塊，借助于該傳感器電極會(huì)對(duì)物 體進(jìn)入到傳感器電極前面的空間內(nèi)進(jìn)行采集。至少一個(gè)輔助電極平行于傳感器電極延伸。
背景技術(shù)：
這種傳感器系統(tǒng)在汽車上使用在各種區(qū)域中。一種電容式傳感器系統(tǒng)具有傳感器電極，借助于該傳感器電極會(huì)對(duì)物體的靠近 進(jìn)行采集，并且該電容式傳感器系統(tǒng)具有與傳感器電極相聯(lián)(koppeln)的控制和評(píng)估電 路，該控制和評(píng)估電路采集傳感器電極的電容相對(duì)于大地(Masse)的變化，方法是該控 制和評(píng)估電路將傳感器電極以預(yù)先規(guī)定的頻率周期性地反復(fù)與工作電壓相聯(lián)并且對(duì)一依 賴于傳感器電極周期性充電和放電的電流分布或者電壓分布的至少一個(gè)參數(shù)進(jìn)行評(píng)估以 采集電容變化，該電容式傳感器系統(tǒng)例如由美國(guó)專利(US-Patent) 5，730，165或相應(yīng)的專 利文獻(xiàn)DE 19681725B4公知。依賴于傳感器電極周期性充電和放電的電流分布或者電壓 分布的參數(shù)在此為可在電容器上測(cè)量的電壓，該電壓取決于聚集在電容器上的電荷，其中， 這種電荷通過(guò)如下方式聚集，即，周期性反復(fù)使傳感器電極通過(guò)與工作電壓相聯(lián)而充電并 且隨后通過(guò)與電容器相聯(lián)經(jīng)由該電容器放電。另一種類型的電容式傳感器由專利文獻(xiàn)EP 1339025B 1 公知。例如由公開(kāi)文獻(xiàn)EP 0518836A1, US 6，825，752B2、DE 10131243C1 和 DE 102006044778A1公知一種電容式傳感器系統(tǒng)，該電容式傳感器系統(tǒng)具有傳感器電極、間隔 開(kāi)地布置在傳感器電極后面的大地背電極(Masse-Hintergrundelektrode)以及屏蔽電 極，該屏蔽電極布置在傳感器電極與大地背電極之間并且通過(guò)控制和評(píng)估電路以如下方式 與傳感器電極相聯(lián)，即，使該屏蔽電極的電位跟隨傳感器電極的電位。由這些文獻(xiàn)中所公知 的、對(duì)傳感器電極與處于地電位上的背電極之間的屏蔽電極進(jìn)行的設(shè)置具有的優(yōu)點(diǎn)是，提 高這樣形成的電容式傳感器對(duì)傳感器電極前面的空間內(nèi)例如由于物體進(jìn)入而發(fā)生的變化 的靈敏度。這首先歸因于，從傳感器電極擴(kuò)散的電場(chǎng)更強(qiáng)地延伸到傳感器電極前面的空間 (探測(cè)區(qū)域)內(nèi)，因?yàn)槿缭跊](méi)有屏蔽電極的情況下那樣，電場(chǎng)的大部分不再與處于地電位 上的背電極短接。屏蔽電極通過(guò)如下方式與傳感器電極相聯(lián)，即，使該屏蔽電極跟隨該傳感 器電極的電位，由于這種情況在屏蔽電極與背電極之間形成強(qiáng)電場(chǎng)；但首先實(shí)際上在傳感 器電極與依據(jù)電位跟隨的屏蔽電極之間不形成電場(chǎng)。傳感器電極、屏蔽電極和背電極的公知的布置通常由電絕緣體例如塑料包裹，從 而絕緣體層例如塑料層處于傳感器電極上并因此處于傳感器電極與傳感器電極前面所要 監(jiān)測(cè)的空間也就是探測(cè)區(qū)域之間。這種傳感器系統(tǒng)的制造和維護(hù)開(kāi)支大且成本高。特別是電極彼此的取向和即使在 工作期間在整個(gè)長(zhǎng)度上對(duì)取向的持久固定是關(guān)鍵因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的因此在于，在開(kāi)頭所稱類型的傳感器系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)更加低成本且 魯棒性好地制造。依據(jù)本發(fā)明，該目的通過(guò)一種具有權(quán)利要求1特征的傳感器系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明的電容式傳感器模塊具有傳感器電極，借助于該傳感器電極可以對(duì)物 體進(jìn)入到傳感器電極前面的空間內(nèi)進(jìn)行采集。傳感器電極由一段第一電纜或者電線形成。 至少一個(gè)第一輔助電極平行于傳感器電極延伸，其中，第一輔助電極由一段第二電纜或者 電線形成。塑料支架具有用于容納和引導(dǎo)傳感器電極的凹隙，其中，各自至少一個(gè)凹隙以微 長(zhǎng)的形式用于容納傳感器電極地構(gòu)成。在凹隙內(nèi)，傳感器電極沿其圓周至少部分地由塑料 支架環(huán)繞并因此保持在凹隙內(nèi)。塑料支架和凹隙界定部通過(guò)如下方式形成并且在其成型和 材料選擇上與傳感器電極協(xié)調(diào)一致，即，通過(guò)施加彈性或者塑性變形力可以將傳感器電極 壓入凹隙內(nèi)并且通過(guò)彈性復(fù)原保持在其凹隙內(nèi)。根據(jù)傳感器電極是加有包皮的電纜還是電線，可以在電纜內(nèi)進(jìn)行部分或者整體變 形，或者無(wú)論是塑料支架容納處還是電纜均變形或者僅塑料支架容納處變形。依據(jù)本發(fā)明因此擁有一種傳感器模塊可供使用，該傳感器模塊能夠?qū)崿F(xiàn)以簡(jiǎn)單的 方式并且由單獨(dú)的部件構(gòu)成靈敏的電容式趨近傳感器(Annaherungssensor)。傳感器電 極作為電纜或者電線壓入支架內(nèi)并且彼此以限定的間距保持在該支架內(nèi)。在整個(gè)固定區(qū)段 上利用依據(jù)本發(fā)明的支架來(lái)確保穩(wěn)定的間隔和取向。通過(guò)支架成型可以實(shí)現(xiàn)的是，能再生 產(chǎn)傳感器電極并且精確地以所希望的布置和取向彼此引導(dǎo)這些傳感器電極。一方面針對(duì)傳感器電極和另一方面針對(duì)支架采用分開(kāi)的部件而構(gòu)成可以實(shí)現(xiàn)極 其有利地制造。支架通常可以通過(guò)擠壓由合適的塑料材料制造而成，而電纜或者電線則可 以是可供使用的批量貨物(Massenware)。單個(gè)部件既簡(jiǎn)單地相互連接，又可以相互重新分 開(kāi)，這在出現(xiàn)故障情況下使維修得以簡(jiǎn)化。凹隙根據(jù)要求可以通過(guò)如下方式構(gòu)成，S卩，使這些凹隙能夠以防混淆的方式存在， 也就是例如針對(duì)不同的電線或者電纜直徑采用不同的大小。按照這種方式，傳感器電極和 輔助電極可以由不同類型的電纜形成。裝配時(shí)，混淆各個(gè)電纜由于預(yù)先規(guī)定的固定凹隙基 本上得以排除。依據(jù)本發(fā)明，支架可以作為具有平行直線導(dǎo)線段的直線體形成。但也可以實(shí)現(xiàn)的 是，支架以帶有拱形部或者彎曲部的方式構(gòu)成，例如在要將傳感器模塊置入汽車的相應(yīng)成 型的部分中的時(shí)候。依據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施方式，在支架內(nèi)不僅容納有傳感器電極和第一輔助電極，而 且還設(shè)置成用于容納另一輔助電極。按照這種方式實(shí)現(xiàn)一種具有傳感器電極、屏蔽電極 (第一輔助電極)和背電極(第二輔助電極)的開(kāi)頭所述的系統(tǒng)。電極在此通常以直線的 布置保持在相應(yīng)的容納處內(nèi)。三個(gè)并排或前后排列的電極優(yōu)選具有變化的間距，其中，與輔助電極彼此間的間 隔相比，傳感器電極與其余兩個(gè)輔助電極間隔得更遠(yuǎn)。換句話說(shuō)，跟屏蔽電極與背電極之間 相比，傳感器電極與屏蔽電極之間構(gòu)成的間距更大。在另一種實(shí)施方式中，至少一個(gè)電極由加有包皮的電纜形成。原則上可能的是，一個(gè)或者多個(gè)電極由電線形成，以便在盡可能小的范圍內(nèi)影響電場(chǎng)的擴(kuò)散和探測(cè)。但基于簡(jiǎn) 化操作、魯棒性及其對(duì)環(huán)境影響的不敏感性優(yōu)選使用加有包皮的電纜。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，支架具有保持段和固定段，其中，保持段被設(shè)置用于保 持不同的電極并且具有相應(yīng)的凹隙。固定段用于將傳感器模塊放置和固定在指定地點(diǎn)上， 例如在汽車內(nèi)保險(xiǎn)杠的內(nèi)側(cè)上。固定段為此可以具有固定機(jī)構(gòu)。可供選擇地，固定段可以 被粘貼在其指定地點(diǎn)上。固定傳感器模塊的一種優(yōu)選類型是使用設(shè)置在指定地點(diǎn)上的夾具，該夾具可以圍 繞傳感器模塊上的固定段，從而傳感器模塊穩(wěn)定但可松開(kāi)地容納在夾具內(nèi)。夾具為此例如 可以由彈簧鋼或者由彈性塑料形成。在另一種實(shí)施方式中，支架與汽車的相應(yīng)構(gòu)件例如保險(xiǎn)杠整體化地(integral) 構(gòu)成。一段相應(yīng)的汽車構(gòu)件于是具有凹隙，傳感器電極被放入到該凹隙內(nèi)。按照這種方式 可以實(shí)現(xiàn)的是，將相應(yīng)的凹隙設(shè)置在結(jié)構(gòu)系列的所有構(gòu)件內(nèi)，但只在相應(yīng)的汽車中實(shí)際需 要這種功能的地方才設(shè)置帶有相應(yīng)的電極和電路的構(gòu)造形式。具有優(yōu)點(diǎn)的和/或者優(yōu)選的實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中予以說(shuō)明。


現(xiàn)在借助附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。其中圖1示出根據(jù)第一實(shí)施方式依據(jù)本發(fā)明的傳感器模塊的支架；圖2示出依據(jù)本發(fā)明的傳感器模塊的端面視圖；圖3示出圖2中傳感器模塊的透視圖；圖4示出傳感器模塊與控制和評(píng)估電路相聯(lián)的示意圖；圖5A和5B中示出保險(xiǎn)杠內(nèi)實(shí)施例的相應(yīng)布置。
具體實(shí)施例方式圖1中示出支架1，該支架1具有固定段2以及保持段3。在保持段3內(nèi)形成用于 容納電極的凹隙4a、4b、4c。支架1由作為擠壓體(Extrusionskiirper)的塑料形成。凹隙 4a、4b、4c各自在其橫截面上具有呈圓形的沿著圓形段敞開(kāi)的自由空間。通過(guò)這些開(kāi)口可以 壓入電纜或者電線，以便保持在凹隙內(nèi)。圖2示出帶有放入的電極5a、5b和5c以及固定夾具6的支架。電極5a放入凹隙4a內(nèi)，電極5b放入凹隙4b內(nèi)，電極5c放入凹隙4c內(nèi)。固定段2由夾具圍繞并且以位置固定的方式被固定住。夾具6具有相應(yīng)的彈性和 容納棱邊的斜面，以便可以將固定段2簡(jiǎn)單地推入夾具6內(nèi)。在該視圖中可以看出，電線或電纜5a、5b、5c保持在其各自的放入位置上，因?yàn)樗?們沿其圓周一半以上的圓周線被圍繞。雖然在該示例中電纜等距分布地布置，但可以毫無(wú) 問(wèn)題地實(shí)現(xiàn)不同間距的分布。也可以毫無(wú)問(wèn)題地應(yīng)用不同粗細(xì)的電線。圖3示出圖2中裝置的透視圖，其中，電纜或電線5a、5b、5c部分地從支架中引出。 控制和評(píng)估電子裝置被聯(lián)接在該段內(nèi)。圖4示出依據(jù)本發(fā)明的傳感器模塊的相應(yīng)布線的原理示意圖。電極5a作為第二 輔助電極或背電極與控制電路10連接并且處于地電位上。電極5b充當(dāng)有源的屏蔽電極或第一輔助電極并且同樣與控制電路10連接。傳感器電極5c與固定段2相鄰地布置并且同 樣與控制電路10連接。在這種結(jié)構(gòu)中，電極會(huì)在裝入汽車上時(shí)例如通過(guò)如下方式來(lái)取向，即，使夾具6布 置在保險(xiǎn)杠的內(nèi)側(cè)上，從而電極5a面向汽車。于是，傳感器電極5c面向保險(xiǎn)杠側(cè)并且例如 可以采集到使用者的腿或者腳的接近。按照這種方式，例如可以探測(cè)保險(xiǎn)杠下面區(qū)域內(nèi)的 腳的接近，以便觸發(fā)所屬汽車的后備箱自動(dòng)打開(kāi)。保險(xiǎn)杠內(nèi)實(shí)施例的相應(yīng)布置在圖5A和5B中示出。兩個(gè)傳感器模塊布置在保險(xiǎn)杠 的面向路面的內(nèi)側(cè)上?？刂坪驮u(píng)估電路10采集傳感器電極5c的電容相對(duì)于基準(zhǔn)電位的變化，方法是該 控制和評(píng)估電路10以預(yù)先規(guī)定的頻率周期性地對(duì)傳感器電極進(jìn)行充電和放電并且對(duì)一依 賴于傳感器電極周期性充電和放電的電流分布或電壓分布的至少一個(gè)參數(shù)進(jìn)行評(píng)估以采 集電容變化。該控制和評(píng)估電路10例如實(shí)施周期性地充電和放電，方法是該控制和評(píng)估 電路10將傳感器電極5c以預(yù)先規(guī)定的頻率周期性地反復(fù)與預(yù)先規(guī)定的電位例如工作電壓 電位相聯(lián)。電壓分布例如可以是傳感器電極的端子上的電壓分布。參數(shù)例如可以是在聚集 電荷的電容器上所測(cè)量的電壓，或者是通過(guò)在傳感器電極上所測(cè)量的電壓直至超過(guò)開(kāi)關(guān)閾 值(Schaltschwelle)進(jìn)行充電和放電的周期的確定數(shù)量。屏蔽電極5b通過(guò)控制和評(píng)估電 路以如下方式與傳感器電極相聯(lián)，即，使該屏蔽電極5b的電位基本上跟隨傳感器電極的電 位。相聯(lián)通過(guò)如下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即，使屏蔽電極5b對(duì)傳感器電極的相對(duì)于基準(zhǔn)電位所測(cè)量 的電容變化沒(méi)有影響。采用“跟隨”的概念在這里是為了表達(dá)屏蔽電極5b的電位無(wú)需等 于傳感器電極5c的電位，并且在傳感器電極的電位分布與屏蔽電極的電位之間可以存在 時(shí)間上的偏差。此外，采用“基本上”一詞是為了表達(dá)屏蔽電極不必在傳感器電極充電和 放電的整個(gè)周期上都跟隨傳感器電極的電位；該屏蔽電極至少在周期的部分區(qū)段內(nèi)跟隨該 電位就足夠，例如在傳感器電極充電期間跟隨其電位并在傳感器電極放電期間下降到大地 基準(zhǔn)電位，而傳感器電極的電位仍停留在與大地不同的電位上。背電極例如接在恒定的電位(如大地或者工作電壓)上?？晒┻x擇地，背電極 能夠周期性地以預(yù)先規(guī)定的頻率交替地接在大地和其他電位例如工作電壓上，其中，這 一點(diǎn)優(yōu)選以與傳感器電極互補(bǔ)的方式進(jìn)行，就像例如這一點(diǎn)在本申請(qǐng)人平行待決的題為 “KapazitiveSensoranordnung mit einer Sensorelektrode, einer Schirmelektrode undeiner Hintergrundelektrode (具有傳感器電極、屏蔽電極和背電極的電容式傳感器系 統(tǒng))”的專利申請(qǐng)中所介紹的那樣。傳感器系統(tǒng)的探測(cè)范圍從傳感器電極4c出發(fā)，延伸到 遠(yuǎn)離屏蔽電極5b的一個(gè)角度范圍內(nèi)。整個(gè)系統(tǒng)或者單個(gè)電極可以由絕緣體材料圍繞。因此尤其可以在傳感器電極與探 測(cè)范圍之間設(shè)置有圍繞傳感器電極的塑料層。尤其具有優(yōu)點(diǎn)的是，該塑料層包括第一厚度 的層和第二厚度的以預(yù)先規(guī)定的間距布置的外部塑料層，其中，絕緣體材料層通過(guò)如下方 式布置，即，使相對(duì)介電常數(shù)隨著與傳感器電極距離的增加首先具有進(jìn)行圍繞的塑料層的 相對(duì)高的數(shù)值，然后下降到接近數(shù)值1的數(shù)值(例如空氣的數(shù)值)并且然后又上升到外部 塑料層的相對(duì)高的數(shù)值上。已表明，在形成也許受到環(huán)境影響而被污染的外表面的塑料層與包裹傳感器電極 的塑料層之間有針對(duì)性地產(chǎn)生具有接近數(shù)值1的介電常數(shù)的間隙時(shí)，可以減少或者避免潮濕污染的干擾影響。例如可以通過(guò)常用的涂層法在裝配結(jié)束時(shí)涂覆相應(yīng)附加的層。在本發(fā)明的框架內(nèi)可以進(jìn)行大量改變。特別是塑料支架可以任意方式構(gòu)成，例如 帶有其他固定段、帶有機(jī)械的穩(wěn)定支撐部或者加厚部或者由最不同的材料組成。重要的是， 支架具有凹隙，用于形成傳感器電極或者輔助電極的電線或者電纜可以放入該凹隙內(nèi)并且 保持在那里。原則上支架也可以通過(guò)如下方式構(gòu)成，S卩，其凹隙的數(shù)量超過(guò)應(yīng)用情況中所要使 用的電極的數(shù)量。于是例如可以形成通用的支架，在該支架中，根據(jù)需要以不同的間距放入 傳感器電纜或者放入具有不同橫截面的傳感器電纜。支架且是同一個(gè)支架因此可以用于形 成不同的傳感器系統(tǒng)。
權(quán)利要求
電容式傳感器模塊，具有傳感器電極(4c)，借助于所述傳感器電極會(huì)對(duì)物體進(jìn)入到所述傳感器電極(5c)前面的空間內(nèi)進(jìn)行采集，其中，所述傳感器電極由一段第一電纜或者電線形成，至少一個(gè)平行于所述傳感器電極(5c)延伸的第一輔助電極(4b)，其中，所述輔助電極由一段第二電纜或者電線形成，塑料支架(3)，所述塑料支架(3)具有用于容納和引導(dǎo)所述傳感器電極和所述輔助電極的凹隙(4a、4b、4c)，其中，所述凹隙以如下方式構(gòu)成，即，所述凹隙沿電極的圓周至少部分地環(huán)繞所述電極并將所述電極保持在凹隙內(nèi)，其中，所述塑料支架(3)和所述傳感器電極以及所述輔助電極在它們的尺寸和材料上互相協(xié)調(diào)一致，使得通過(guò)克服彈性變形力能夠?qū)⑺鲭姌O壓入各自的所述凹隙內(nèi)并且通過(guò)彈性復(fù)原將所述電極保持在其凹隙內(nèi)。
2.按權(quán)利要求1所述的電容式傳感器模塊，此外具有平行于第一輔助電極(5b)和傳感 器電極(5c)延伸的第二輔助電極(5a)，其中，傳感器電極、第一輔助電極和第二輔助電極 以傳感器電極、第一輔助電極和第二輔助電極這種順序布置，并且傳感器電極、第一輔助電 極和第二輔助電極以直線方式布置。
3.按權(quán)利要求2所述的電容式傳感器模塊，其中，設(shè)置有用于容納所述傳感器電極 (5c)的第一外凹隙(4c)，并且所述第一外凹隙(4c)與用于所述第一輔助電極(5b)的相鄰 凹隙(4b)間具有間距，所述間距大于用于所述第一輔助電極(5b)的凹隙(4b)與用于所述 第二輔助電極(5a)的凹隙(4a)之間的間距。
4.按前述權(quán)利要求之一所述的電容式傳感器模塊，其中，所述電極中的至少一個(gè)電極 由加有包皮的電纜形成，其中，包皮由彈性軟塑料形成。
5.按前述權(quán)利要求之一所述的電容式傳感器模塊，其中，所述支架具有保持段和整體 化連接的固定段，其中，在所述保持段內(nèi)布置有用于所述電極的容納處。
6.按權(quán)利要求5所述的電容式傳感器模塊，其中，為固定而設(shè)的夾子圍繞所述固定段， 其中，所述固定段能夠以能松開(kāi)的方式卡入所述夾子內(nèi)。
7.按前述權(quán)利要求之一所述的電容式傳感器模塊，其中，所述支架與汽車保險(xiǎn)杠的構(gòu) 件整體化地構(gòu)成。
8.按前述權(quán)利要求之一所述的電容式傳感器模塊，其中，控制和評(píng)估電路與所述傳感 器電極相聯(lián)，所述控制和評(píng)估電路采集所述傳感器電極的電容相對(duì)于基準(zhǔn)電位的變化，方 法是所述控制和評(píng)估電路以預(yù)先規(guī)定的頻率周期性地對(duì)所述傳感器電極進(jìn)行充電和放電 并且對(duì)依賴于所述傳感器電極周期性充電和放電的電流分布或者電壓分布的至少一個(gè)參 數(shù)進(jìn)行評(píng)估以采集電容變化。
9.按權(quán)利要求8所述的電容式傳感器模塊，其中，所述第一輔助電極通過(guò)所述控制和 評(píng)估電路以如下方式與所述傳感器電極相聯(lián)，即，使所述第一輔助電極的電位基本上跟隨 所述傳感器電極的電位。
全文摘要
電容式傳感器模塊，具有傳感器電極，借助于所述傳感器電機(jī)對(duì)物體進(jìn)入到傳感器電極前面的空間內(nèi)進(jìn)行采集，其中，傳感器電極由電線形成。輔助電極在塑料支架內(nèi)平行于傳感器電極延伸，該塑料支架具有用于容納傳感器電極和輔助電極的凹隙并且沿電極的圓周部分地圍繞這些電極。傳感器電極在塑料支架內(nèi)能夠通過(guò)克服彈性變形力被壓入塑料支架并且通過(guò)彈性復(fù)原保持在其凹隙內(nèi)。
文檔編號(hào)G01D5/24GK101957220SQ20101023454
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者伊科·林迪奇, 彼得·范加斯特爾 申請(qǐng)人:胡夫·許爾斯貝克和福斯特有限及兩合公司